شبیه‌سازی جریان رودخانه حوضه آبریز سملقان با استفاده از مدل هیدرولوژیکی SWAT

الموضوعات :

شیما نصیری ¹ (دانشجوی دکتری، گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد)
حسین انصاری ² (استاد گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه فردوسی مشهد)
علی نقی ضیائی ³ (دانشیار گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه فردوسی مشهد)

تاريخ الإرسال : 15 السبت , ربيع الثاني, 1440 تاريخ التأكيد : 20 السبت , ذو القعدة, 1441 تاريخ الإصدار : 01 الأربعاء , ذو الحجة, 1441

الکلمات المفتاحية: رواناب, آنالیز حساسیت, واسنجی, SUFI2, بیلان آب,

ملخص المقالة :

توزیع ناهمگون زمانی و مکانی آب شیرین و رشد سریع جمعیت در دهه‏های اخیر، سبب بروز مشکلاتی در تأمین منابع آب مورد نیاز مصارف مختلف شده است. از این‌رو مدل‌های ریاضی جدیدی به‌منظور مطالعه فرآیندهای پیچیده هیدرولوژیکی توسعه یافته اند. در این پژوهش، مدل SWAT در حوضه آبریز سملقان با مساحت 1148 کیلومترمربع برای شبیه‌سازی جریان مورد استفاده قرار گرفت. در فرآیند مدل‌سازی، حوضه به 21 زیرحوضه و 402 واحد هیدرولوژیک تقسیم گردید. به دلیل محدودیت دسترسی به داده‌های هیدرولوژیک کافی، مدل‌سازی حوضه‌های آبخیز دارای عدم قطعیت‌هایی می‌باشد. بدین منظور واسنجی و اعتبار سنجی مدل با استفاده از الگوریتمSUFI2 به‌ترتیب برای سال‌های 1995تا 2012 و2012 تا 2014 انجام شد. بر اساس نتایج آنالیز حساسیت، پارامترهای RCHRG_DP (مقدار نفوذ به آبخوان عمیق)، GWQMN (مقدار آب در آبخوان کم‌عمق)، ALPHA_BF (ضریب عکس العمل آب زیرزمینی)، SOL_AWC (ظرفیت آب قابل دسترس خاک) و CN (شماره منحنی SCS ) بیشترین تاثیر را داشتند. نتایج نشان داد که مقدار شاخص نش- ساتکلیف و ضریب R2 در محدوده 65/0 تا 80/0 برای دوره واسنجی و 40/0 تا 65/0 در دوره اعتبار سنجی می‌باشد. از مجموع آب ورودی به حوضه، 87 درصد صرف تبخیر و تعرق، 2/3 درصد رواناب سطحی، 0/3 درصد نفوذ و مابقی مرتبط با تغییرات و ذخیره رطوبت در خاک می‌باشد. از آنجا که تا کنون برآوردی از مولفه های بیلان آب در این حوضه از انجام نشده است، این تحقیق میتواند اطلاعات مفیدی را در مورد بیلان آبی حوضه فراهم نموده و به برنامه ریزی دقیق‌تر منابع آب، در این حوضه کمک نماید.

المصادر:

1)       ابراهیمی پ، سلیمی ج، محسنی م، 1397. واسنجی و اعتبارسنجی مدل SWAT در شبیه سازی رواناب. مطالعه موردی حوزه آبخیز نکا. مجله مهندسی و مدیریت آبخیز. 266-279: (10)

2)       حاجی حسینی ح.ر، حاجی حسینی م.ر، مرید س، دلاور م،1394. مدلسازی هیدرولوژیکی بالادست حوضه فرامرزی هیرمند با استفاده از مدل SWAT. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، علوم اب و خاک. 255-267: (72)

3)       ضازاده م س، بختیاری ب، عباسپورک، احمدی م،1397. شبیه سازی رواناب رسوب و تبخیرتعرق با استفاده از سناریوهای مدیریتی برای کاهش بار رسوب با استفاده از مدل SWAT. نشریه علوم و مهندسی آبخیزداری ایران : 41-50: (40)12

4)       زارع گاریزی الف، طالبی ع،1395. شبیه سازی بیلان آب حوضه آبخیز قره سو استان گلستان با استفاده از مدل SWAT. مجله مهندسی منابع آب.37-50:(9)

5)       فیعی م، انصاری ح، داوری ک، قهرمان ب، 1392. واسنجی و تحلیل عدم قطعیت یک مدل نیمه­توزیعی در یک منطقه نیمه­خشک، مطالعه موردی حوضه آبریز نیشابور. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی. علوم آب و خاک 137-148 : (64)17

6)       ویان ا، بهرامی م، روحانی ح،1393 . ارزیابی کارایی مدل SWAT در تخمین رواناب سطحی حوزه آبخیز کچیک استان گلستان. نشریه پژوهش های آبخیزداری22-32: (103)27

7)       لشن م، کاویان ا، روحانی ح، ااسمعلی  ا، 1394. شبیه‌سازی رواناب و بار رسوب حوزه آبخیز رودخانه هراز مازندران با بهره‌گیری از الگوی SWAT. مجله تحقیقات خاک و آب ایران293-303: (46)

 

8)        Abbaspour K.C. 2009. User Manual for SWAT-CUP2, SWAT Calibration and Uncertainty Analysis Programs. Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology, Eawag, Duebendorf, Switzerland. 95 pp.

9)        Abbaspour K.C. Rouholahnejad, E, Vaghefi, S, Srinivasan R, Yang H, and Kløve B. 2015. continental-scale hydrology and water quality model for Europe: Calibration and uncertainty of a high-resolution large-scale SWAT model. Journal of Hydrology, 524: 733-752.

10)     Abbaspour, K.C, Yang J, Maximov I, Siber R, Bogner K, Mieleitner J, and Zobrist J. 2007. Modelling hydrology and water quality in the pre-alpine/alpine Thur watershed using SWAT. Journal of Hydrology, 333: 413– 430.

11)     Alansi, A.W., Amin, M.S.M., Abdul Halim, G., Shafri, H.Z.M. and Aimrun, W., 2009. Validation of SWAT model for stream flow simulation and forecasting in Upper Bernam humid tropical river basin, Malaysia. Hydrology and Earth System Sciences Discussions, 6(6), pp.7581-7609.

12)     Arnold J.G. Moriasi D.N. Gassman, P.W. Abbaspour K.C. White M.J. Srinivasan
R., Santhi, C., van Harmel, R.D., Van Griensven, A., Van Liew, M.W., Kannan, N.,
Jha, M.K, 2012. SWAT: model use, calibration, and validation. Trans. ASABE 55
(4), 1491–1508.

13)     Awan, U.K. and Ismaeel, A., 2014. A new technique to map groundwater recharge in irrigated areas using a SWAT model under changing climate. Journal of Hydrology, 519, pp.1368-1382

14)     Borah D.K, Arnold J.G, Bera M, Krug C.E, and Liang, X.Z. 2007. Storm event and continuous hydrologic modeling for comprehensive and efficient watershed simulations. Transaction of the ASCE, 6 (605): 605-617.

15)     Faramarzi, M, Abbaspour K.C. Schulin R, Yang H, 2009. Modelling blue and green water resources availability in Iran. Hydrol. Process. 23, 486–501.

16)     Fontaine T.A. Cruickshank T.S. Arnold J.G. and Hotchkiss R.H. 2002. Development of a snowfall-snowmelt routine for mountainous terrain for the soil water assessment tool (SWAT). Journal of Hydrology, 262 (1-4): 209-223.

17)     Jin. G, Shimizu Y, Onodera S, Saito M and Matsumori, K. 2015. Evaluation of drought impact on groundwater recharge rate using SWAT and Hydrus models on an agricultural island in western Japan. Proceeding of the International Association of Hydrological Science. 371. P. 143.

18)     affas K, Hrissanthou V, Sevatas S,2018. Modelling hydro morphological processes in a mountainous basin using a composite mathematical model and Arc 162:108-129Catena.SWAT.

19)     Kumar Himanshu S, Pandey A, Shrestha P. 2017. Application of SWAT in an Indian river basin for modeling runoff, sediment and water balance. Environ Earth Sei, 76:3.

20)     14-McCallum, A.M., Andersen, M.S., Rau, G.C., Larsen, J.R. and Acworth, R.I., 2014. Riveraquifer interactions in a semiarid environment investigated using point and reach measurements. Water Resources Research, 50(4), pp.2815-2829

21)     Moriasi, D.N, Arnold J.G, Van Liew M.W, Bingner R.L, Harmel R.D, and Veith, T.L. 2007. Model evaluation guidelines for systematic quantification of accuracy in watershed simulations. Transactions of the ASABE, 50 (3): 885−900

22)     Munoz-Villers L.E, McDonnell J.J. 2013. Land use change effects on runoff generation in a humid tropical montane cloud forest region. Hydrol. Earth Syst. Sci. 17: 3543-3560

23)     Neitsch, S.L, Arnold J.G.  Kiniry,J.R. Williams J.R. 2005. Soil and water assessment tool, theoretical documentation Blackland Research Center, Texas Agricultural Experiment station and USDA Agricultural Research Service. Available online, www.brc.tamus.edu

24)     Rafiei Emam A, Kappas M, Akhavan S, Hosseini S. Z. Abbaspour K. C.  2015. Eatimation of groundwater recharge and its relation to; and degration: case study of a semi-arid river basin in Iran. Environmental Earth Sciences, 74: 6791-6803.

25)     Scheffler R, Neill C, Krusche A.V. Elsenbeer H. 2011. Soil hydraulic response to land-use change associated with the recent soybean expansion at the Amazon agricultural frontier. Agric. Ecosyst. Environ. 144: 281-289.

26)     Schuol J.  Abbaspour K.C.2006. Calibration and uncertainty issues of a hydrological model (SAWT) applied to West Africa. Advances in Geoscience.  9:137-143.

27)     Sharpley A.N. Williams J.R. eds. 1990. EPIC-Erosion Productivity Impact Calculator, 1. model documentation. U.S. Department of Agriculture, Agricultural Research Service, Tech. Bull. 1768.

28)      Van Liew M.W, Arnold J.G.  Garbrecht J.D.2003. Hydrologic simulation on agricultural watersheds: choosing between two models. Transaction of the AEAE. 46(6): 1539-1551.

29)     Wang G, Yang H, Wang L, Xu Z, Xue B. 2014. Using the SWAT model to access impacts on land use changes on runoff generation in headwaters. Hydrological process. 28(3). pp.1032-1042.

30)     Winchell M, Srinivasan R, Di luzio M,Arnold. J. 2013. ARCSWAT INTERFACE FOR SWAT2012, USER’S GUIDE. Blackland Research Center, Texas Agricultural Experiment station and USDA Agricultural Research Service. Available online,      www.tamus.edu

31)     Zuo, D, Xu Z, Yao W, Jin, S, Xiao P, Ran D. 2016. Assessing the effects of changes in landuse and climate on runoff and sediment yields from a watershed in the Loess Plateau of China.
Science of the Total Environment, 544: 238-250.